Базовые топологии локальных компьютерных сетей

Термин топология сетей характеризует физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети.

Проблема синтеза структуры (топологии) сети является одной из важнейших, но до конца не решенной, в связи с чем, при решении задач определения числа и взаимосвязи компонентов сети используются приближенные, эмпирические методы.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий [1]:

звезда (star);

кольцо (ring);

шина (bus).

Топология „звезда“ характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Звёздообразная топология сети

Подобная структура экономична и удобна с точки зрения организации управления взаимодействия компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии является низкая надежность: при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть.

В топологии „кольцо“ компьютеры подключаются к повторителям (репитерам) сигналов, связанных в однонаправленное кольцо (рис. 5.2).

По методу доступа к каналу связи (среде передачи данных) различают два основных типа кольцевых сетей: маркерное и тактированное кольца.

В маркерных кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер (метка), разрешающий передачу сообщений из компьютера, который им „владеет“.

Рис. 5.2 Кольцевая топология сети.

Если компьютер получил маркер и у него есть сообщение для передачи, то он „захватывает“ маркер и передает сообщение в кольцо. Данные проходят через все повторители, пока не окажутся на том повторителе, к которому подключен компьютер с адресом, указанном в данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть. При отсутствии у компьютера сообщения для передачи, он пропускает движущийся по кольцу маркер.

В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов - специально закодированных интервалов фиксированной длины. В каждом такте имеется бит-указатель занятости. Свободные такты могут заполняться передаваемыми сообщениями по мере необходимости, либо за каждым узлом могут закрепляться определенные такты.

Достоинством кольцевых сетей является равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость. К недостаткам можно отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации.

В топологии „шина“, широко применяемой в локальных сетях, все компьютеры подключены к единому каналу связи с помощью трансиверов (приёмо-передатчиков) (рис. 5.3).

Рис. 5.3 Шинная топология сети

Канал оканчивается с двух сторон пассивными терминаторами, поглощающими передаваемые сигналы. Данные от передающего компьютера передаются всем компьютерам сети, однако, воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом сообщении. Причем, в каждый момент только один компьютер может вести передачу. Шина - пассивная топология. Это означает, что компьютеры только „слушают“ передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе остальных, что является достоинством шинной топологии. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети (как повторители компьютеров в кольцевой топологии). Другими достоинствами „шины“ являются высокая расширяемость и экономичность в организации каналов связи. К недостаткам шинной организации сети относится уменьшение пропускаемой способности сети при значительных объемах трафика (трафик - это объем данных).

Рис. 5.4 Топология „звезда-шина“

В настоящие время часто используются топологии, комбинирующие базовые: звезда-шина, звезда-кольцо.

Топология звезда-шина чаше всего выглядит как объединение с помощью магистральной „шины“ нескольких звездообразных сетей
(рис. 5.4). При топологии „звезда - кольцо“несколько звездообразных сетей соединяются своими центральными узлами коммутации в кольцо (рис. 5.5).

Рис. 5.5 Топология „звезда-кольцо“